WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

3. Кинетическая теория каналирования ионов в идеализированных углеродных нанотрубках armchair- и zigzag- конфигурации, в рамках которой построено и решено уравнение Фоккера-Планка, описывающее кинетику каналирования и деканалирования ионов из нехиральных нанотрубок. Явные выражения для функции распределения каналированных ионов по поперечным энергиям и их пространственного распределения в нехиральных нанотрубках; выражения для всех парциальных длин и полной длины деканалирования, а также для вероятности остаться в режиме каналирования и функции деканалирования ионов из нехиральных нанотрубок.

4. Предсказанные теорией и изученные явление фокусировки ионных пучков короткими нанотрубками и эффект каналирования со «стопом», при котором каналированные ионы, рассеиваясь на электронах, теряют энергию быстрее, нежели вылетают из нанотрубок.

5. Теория каналирования ионов в реальных нанотрубках, в рамках которой: изучено влияние на кинетику каналирования атомов, внедренных во внутренние полости нанотрубок; исследована кинетика каналирования и деканалирования ионов в изогнутых нанотрубках. Кинетическое уравнение Чепмена-Колмогорова, учитывающее возможность деканалирования на внедренных атомах, и явные выражения для соответствующих длин деканалирования. Формулы для эффективности отклонения ионных пучков изогнутыми нанотрубками.

6. Теория каналирования ионов в гексагональных сверхрешетках (жгутах), состоящих из углеродных нанотрубок различной хиральности. В частности, аналитические выражения для вероятности остаться в режиме каналирования и функции деканалирования ионов в жгутах нанотрубок.

7. Теория образования радиационных дефектов при каналировании в нанотрубках. Критерии существования эффекта разрушающего каналирования ионов и формулы для критических параметров разрушающего каналирования.

Апробация результатов работы и публикации Изложенные в диссертации результаты докладывались на X Всесоюзном совещании (Алушта, Украина, 1992 г.) и IX Всесоюзной школе (Алушта, Украина, 1993 г.) по физике радиационных повреждений твердого тела, XXIII Межнациональном совещании (Москва, 1993 г.) и XXV Международной конференции (Москва, 1995 г.) по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, на Международной конференции по физике каналирования и других когерентных эффектов в кристаллах при релятивистских энергиях (Орхус, Дания, 1995 г.), V Российско-Японском симпозиуме «Взаимодействие быстрых заряженных частиц с твердыми телами» (Белгород, 1996 г.), XV Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Украина, 2002 г.), Всероссийских конференциях «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» (Воронеж, 2002 и 2008 гг.), на Международной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии (Ставрополь, 2002 г.), на ХV, XVI и XVII Всероссийском симпозиуме «Современная химическая физика» (Туапсе, 2003–2005 гг.), на 12-ой Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 2003 г.) и Международной конференции «Физикохимические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 2004 г.), на VIII Международной конференции «Опто- и наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2006 г.), а также на научных семинарах и конференциях Орловского государственного технического университета.

Часть результатов, вошедших в диссертацию, получена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №03-03-96488).

По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе:

монографий – 2; статей в журналах из списка ВАК – 10; в других научных изданиях – 8; в материалах конференций – 7; из них без соавторов – 8.

Личный вклад соискателя Личный вклад соискателя заключается в том, что все изложенные в диссертации результаты получены либо лично соискателем, либо под его непосредственным научным руководством. В частности, им сформулированы и решены задачи: о критических параметрах каналирования в нанотрубках;

о критических параметрах разрушающего каналирования; о кинетике каналирования ионов в хиральных и нехиральных нанотрубках; о влиянии на кинетику каналирования атомов, внедренных во внутренние полости нанотрубок; о кинетике каналирования ионов в изогнутых нанотрубках и в жгутах, состоящих из нанотрубок различной хиральности.

В ходе работы над диссертацией соискателем подготовлен 1 кандидат физико-математических наук по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения и списка литературы. Общий объем работы (включая рисунки и список литературы) составляет 225 страниц. Диссертация содержит 38 рисунков.

Список литературы включает 163 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение Во введении обосновывается актуальность работы, ставятся ее цели, формулируются основные результаты и обсуждаются их практическая значимость и отношение к результатам других авторов. Дается краткое описание содержания диссертации.

Глава 1. Явление каналирования и существующие методы его описания Первая глава содержит обзор литературы, посвященной явлению каналирования частиц в монокристаллах и существующим методам его описания.

В разделе 1.1 рассмотрена сущность эффекта каналирования и проанализированы особенности движения каналированных частиц. Исходя из представлений о коррелированном характере атомных столкновений при каналировании (Й. Линдхард), приведены выражения для непрерывных потенциалов, описывающих взаимодействие каналированных частиц с атомными плоскостями и цепочками. Рассмотрено влияние тепловых колебаний атомов решетки на эти потенциалы.

В разделе 1.2 введено основанное на критерии нарушения коррелированности атомных столкновений (Й. Линдхард) понятие критических параметров каналирования. Приведены выражения для критической поперечной энергии и критических углов каналирования в кристаллах.

Центральной проблемой теории каналирования частиц в кристаллах является проблема их деканалирования. Обсуждению этой проблемы и методов ее решения посвящен раздел 1.3. Рассмотрены (разд. 1.3.1) узловые положения кинетического подхода к описанию каналирования, особенности диффузионного приближения (Й. Линдхард) и приближения, опирающегося на решение кинетического уравнения Фоккера-Планка (М.А. Кумахов). Специальное место отведено для обсуждения основных методов расчета диффузионных коэффициентов уравнений, описывающих кинетику каналирования (разд. 1.3.2), и методов решения этих уравнений (разд. 1.3.4 и 1.3.5). В разделе 1.3.3 рассмотрена связь проблемы деканалирования с изученной ранее Рисунок 1. Контурные графики потенциала (в отн. ед.) вблизи стенок однослойной zigzag-нанотрубки (18, 0), armchair-нанотрубки (10, 10) и углеродной нанотрубки с промежуточными индексами хиральности (11, 9). По осям абсцисс и ординат отложены (в отн. ед.) декартовы координаты x и y; ось z направлена вдоль оси нанотрубок. Видны образующие zigzag- и armchair-нанотрубки атомные цепочки, которые перпендикулярны плоскости рисунка.

(А.С. Бакай, Г.Я. Любарский, В.В. Рожков) проблемой о среднем времени жизни произвольной динамической системы, подверженной случайным воздействиям. Даны основные положения стохастического подхода (В.В. Рожков, С.И. Матюхин) к описанию явлений каналирования и деканалирования.

Глава 2. Динамика каналирования ионов в углеродных нанотрубках Во второй главе диссертации представлены результаты исследования динамики атомных столкновений при ориентированном взаимодействии положительных ионов с углеродными нанотрубками.

В разделе 2.1 проанализированы особенности строения нанотрубок, введено понятие их хиральности. В разделе 2.2 построены потенциалы ориентированного взаимодействия положительных ионов со стенками хиральных (разд. 2.2.1) и нехиральных (разд. 2.2.2) нанотрубок (рис. 1).

Под ориентированным следует понимать такое взаимодействие, при котором частицы, двигаясь под малыми углами к оси нанотрубок, испытывают коррелированные столкновения с углеродными атомами их стенок, т. е.

захватываются в режим каналирования. Таким образом, для описания этого взаимодействия можно использовать известную из теории каналирования частиц в кристаллах концепцию непрерывного потенциала.

Рисунок 2. Критические углы каналирования, рассчитанные для протонов различных энергий, внедряемых в хиральные нанотрубки с индексами хиральности (11, 9) (сплошная кривая) и в нехиральные нанотрубки близкого радиуса с индексами (10, 10) (пунктир).

Условия применимости приближения непрерывного потенциала для описания каналирования частиц в нанотрубках рассмотрены в разделе 2.3. Здесь изучены пределы применимости выражений Линдхарда для критических углов каналирования и представлены основные особенности метода расчета критических параметров каналирования (В.В. Рожков, С.В. Дюльдя), основанного на учете реальной структуры каналов и двух критериях: критерии потери корреляций (Й. Линдхард) и критерии возникновения параметрической неустойчивости поперечного движения частиц (М.А. Кумахов). Произведены численные расчеты и получены аналитические выражения для пороговой энергии, критической поперечной энергии и критических углов каналирования в хиральных (разд. 2.3.1) и нехиральных (разд. 2.3.2) нанотрубках (рис. 2). Особенности движения каналированных ионов внутри нанотрубок с различной хиральностью обсуждаются в разделе 2.4.

В разделе 2.4.1 с учетом сил электронного торможения получены и проанализированы численные решения уравнений движения частиц внутри нанотрубок с промежуточной хиральностью. При этом показано, что, двигаясь внутри таких нанотрубок, ионы совершают затухающие радиальные колебания, Рисунок 3. Графики зависимости от времени глубины z проникновения в нанотрубку с индексами хиральности (11,9) имплантированных протонов с энергией 5 кэВ (кривые 1 и 3) и 10 кэВ (кривые 2 и 4). Кривые 1 и 2 соответствуют r0 = 0,3R, кривые 3 и 4 – значению r0 = 0,7R.

а их поперечная по отношению к оси нанотрубок энергия и момент импульса относительно этой оси являются адиабатическими инвариантами.

Торможение частиц обусловлено их рассеянием на электронах углеродных атомов нанотрубок. Его интенсивность определяется локальной плотностью электронов в месте пребывания частиц и в зависимости от энергии ионов может быть рассчитана по теории Бете-Блоха или Линдхарда.

Численные расчеты показали (рис. 3), что при каналировании положительных ионов низких энергий (кэВ-ные пучки), может быть реализован такой режим движения, когда частицы, рассеиваясь на электронах, теряют энергию быстрее, нежели вылетают из нанотрубок (каналирование со «стопом»).

Таким образом, варьируя энергию пучка, можно создавать оптимальные условия для ионной имплантации частиц в нанотрубки.

Реализация режима каналирования со «стопом» зависит от соотношения между такими параметрами, как начальная энергия частиц, их начальный момент импульса относительно оси нанотрубки, координата точки влета частиц в нанотрубку, длина нанотрубки. При заданной энергии пучка доля частиц, пролетающих через нанотрубку без остановки, будет увеличиваться с уменьшением ее длины (рис. 3). При этом уменьшение амплитуды поперечных колебаний таких частиц можно интерпретировать как фокусировку ионного пучка нанотрубкой.

Особенности движения каналированных ионов в armchair- и zigzag- нанотрубках рассмотрены в разделе 2.4.2. Благодаря тому, что непрерывный потенциал взаимодействия частиц со стенками таких нанотрубок существенно зависит от азимутального угла (рис. 1), момент импульса частиц относительно оси нехиральных нанотрубок быстро разрушается из-за динамической стохастизации при рассеянии на образующих такие нанотрубки цепочках. Поэтому каналирование положительных ионов в armchair- и zigzag- нанотрубках характеризуется единственным адиабатическим инвариантом – поперечной по отношению к оси нанотрубок энергией частиц, а распределение частиц по поперечным координатам при заданной поперечной энергии является равновесным.

Глава 3. Кинетика каналирования ионов в идеальных нанотрубках с промежуточной хиральностью В третьей главе диссертации построена стохастическая теория, описывающая кинетику каналирования положительных ионов в идеализированных нанотрубках с промежуточной хиральностью.

Стохастический подход (В.В. Рожков, С.И. Матюхин) основывается на том, что силы, действующие на каналированную частицу, носят случайный характер, поэтому для построения описывающих каналирование кинетических уравнений необходимо и достаточно провести, основываясь на первых принципах, анализ статистических свойств этих сил.

Анализу стохастических свойств движения ионов в хиральных нанотрубках посвящен раздел 3.1. Здесь исследованы статистические свойства случайных сил, обусловленных коллективным взаимодействием с электронами и некоррелированным рассеянием каналированных ионов на электронах нанотрубки (разд. 3.1.1.), построен стохастический потенциал хиральной нанотрубки, и исследованы статистические свойства случайных сил, обусловленных дискретностью стенок нанотрубки и тепловыми колебаниями ее атомов (разд. 3.1.2.).

В разделе 3.2 построены стохастические уравнения движения ионов в нанотрубках с промежуточной хиральностью.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»